[發明專利]一種機器人緊湊型存儲和檢索系統的配置方法

在審

• 申請號: 202110505318.5
• 申請日: 2021-05-10
• 公開（公告）號: CN113312811A
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發明（設計）人: 楊瑋;張子涵;吳瑩瑩;段毅林;馬偉
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06Q10/08;G06F111/06
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 王晶

1.一種機器人緊湊型存儲和檢索系統的配置方法，其特征在于，包括以下步驟；

1)根據機器人緊湊型存儲、檢索系統的作業流程和共享存儲策略下機器人的運行規則，確定配置優化的目標及問題變量，建立系統的配置優化模型；

2)使用多目標問題求解算法對步驟1)建立的模型進行優化求解，分別得到以平均行程時間排序和以成本排序的最優解集。

2.根據權利要求1所述的一種機器人緊湊型存儲和檢索系統的配置方法，其特征在于，所述步驟1)中機器人緊湊型存儲、檢索系統的作業流程分為出庫、揀選、入庫三個環節；

根據系統的三階段作業流程可知，系統中機器人服從雙指令周期作業，即一個任務周期內，機器人既在出庫環節執行一個取貨任務，又在入庫環節執行一個存貨任務；因此，配置優化模型的一個目標是使得作業行程時間最短，將機器人執行雙命令周期任務進行拆解，分別建立每一過程中的機器人行程時間模型：

(1)訂單到達后，若所有機器人都正忙，則需在訂單隊列中等待，否則將訂單分配給任意空閑的機器人(訂單與機器人的分配是隨機的)，訂單等待時間記為T_w；

(2)機器人接到指令，從駐留點(x_d,，y_d,)行駛至待揀選料箱所在地(x_r,，y_r,)，此段時間記為T₁：

(3)假設目標料箱與工作站位置不重合，采用近似計算思想，機器人從駐留點行駛至目標料箱所在位置(x_r,y_r)，可知最短距離為0，最長距離根據所處位置不同，分為四種情況，具體分析如下：

①當目標料箱位于區域A中，即時，機器人最遠行駛距離計算如下：

d_max＝(n_w-x)·w+(n_l-y)·l

則機器人平均行駛距離：

②當目標料箱位于區域B中，即機器人最遠行駛距離計算如下：

d_max＝(n_w-x)·w+y·h

則機器人平均行駛距離：

③當目標料箱位于區域C中，即機器人最遠行駛距離計算如下：

d_max＝x·w+y·l

則機器人平均行駛距離：

④當目標料箱位于區域D中，即機器人最遠行駛距離計算如下：

d_max＝x·w+(n_l-y)·l

則機器人平均行駛距離：

因此機器人在網格平面的平均行駛距離可近似計算如下：

機器人由駐留點到目標料箱所在位置平均行程時間：

(4)機器人停留在目標堆棧上方，取出阻礙料箱放至旁邊堆棧，此部分時間記為T₂，移除阻礙料箱具體過程如下：

①上方阻礙料箱被提至堆棧頂部，此部分時間計算如下：

②將阻礙料箱移動至旁邊的緩存堆棧上方頂層所花費時間：

③機器人從緩存堆棧上方移動至目標堆棧上方，此部分時間與上一個時間相等，計算如下：

所以，移除一個阻礙料箱的時間：

當目標堆棧上方包含m個阻礙料箱時，所花費的總平均時間：

(5)機器人抓取目標料箱至目標堆棧頂層位置，所需時間計算如下：

(6)機器人將目標料箱輸送至工作站，工作站坐標為所需時間計算如下：

與計算駐留點到目標堆棧網格平面上所用時間類似，根據目標堆棧位置不同，分為以下四種情況：

①目標料箱位于區域A時，機器人最遠行駛距離：

則機器人平均行駛距離：

②當目標料箱位于區域B時，機器人最遠行駛距離計算如下：

則機器人平均行駛距離：

③當機器人位于區域C時，機器人最遠行駛距離計算如下：

d_max＝(n_w-x)·w+(y-n_l)·l

則機器人平均行駛距離：

④當機器人位于區域D時，機器人最遠行駛距離計算如下：

d_max＝(n_w-x)·w+(n_l-y)·l

則機器人平均行駛距離：

綜上，可近似計算得機器人將目標料箱輸送至工作站的平均行程時間如下：

(7)當目標料箱輸送至工作站時，分為兩種情況：

①,工作站處于空閑狀態時，目標料箱無需等待，目標料箱被傳至工人面前，工作站位于系統的底層，一個待存儲料箱由旋轉臂交換提升至頂部傳給機器人，此過程花費時間計算如下：

②,工作站處于忙碌狀態時，設工作站處理前面隊列任務時間為t_solve，則此時工作站處理該任務時間：

假設機器人到達工作站服從泊松分布，到達率為λ^*(個/小時)，c個工作站處理任意一個目標料箱的作業時間TB(小時)～N(μ^*，σ^*2)，根據排隊系統M/M/c計算如下：

工作站服務強度(忙碌概率)計算如下：

系統平均排隊長(機器人平均排隊對長)計算如下：

機器人平均隊長：

機器人平均等待時間：

系統有兩個工作站，即c＝2，則各部分計算如下：

工作站處理前面隊列任務時間計算如下：

則忙碌狀態下工作站處理該任務時間計算如下：

綜上，工作站服務時間計算計算如下：

最終工作站服務時間：

(8)將待存儲料箱從工作站輸送至待存儲位置，由近似思想，此部分時間近似為從目標料箱位置到工作站位置時間，此部分時間計算如下：

假設訂單到達服從泊松分布，每小時到達λ個訂單，系統中有r個機器人，且每個訂單服務時間相互獨立，服從參數為μ的負指數分布，平均服務率為此時機器人履行訂單構成了一個M/M/r的排隊系統。

機器人服務強度(忙碌概率)：

當系統處于穩態時，系統平均排隊隊長計算如下：

訂單平均隊長計算如下：

訂單等待時間計算如下：

綜上，機器人執行一個雙命令周期時間的行程時間模型如下：

系統的訂單揀選由Nr個機器人完成，則系統的平均行程時間計算如下：